可逆热致变色相变储能竹塑复合材料在建筑领域的创新应用与性能研究

推荐：本研究针对建筑节能与智能响应材料需求，开发了以单宁酸(TA)改性竹粉/高密度聚乙烯(HDPE)为基体、硅藻土(DE)负载可逆热致变色材料(TBC)的复合材料(TF-X)。该材料兼具高热储能值(122.8 J·g?1)、显著色差(ΔE>40)和优异机械性能，通过温度可视化与相变储能协同作用，为智能建筑材料开发提供新思路。

　　

在全球气候变化与能源危机背景下，建筑材料的智能化与节能化成为研究热点。传统建筑材料存在温度调节能力有限、能源利用率低等问题，而现有热致变色材料又面临机械性能差、相变材料泄漏等技术瓶颈。针对这些挑战，中国的研究团队创新性地将天然竹材与高分子材料结合，开发出兼具温度调控与视觉反馈功能的智能复合材料。

研究团队采用真空浸渍法制备DE/TBC复合材料，通过热压工艺将TA改性竹粉/HDPE与DE/TBC复合。关键技术包括：1) 真空浸渍法制备DE/TBC相变储能体系；2) TA界面改性增强竹塑界面相容性；3) 热压成型制备TF-X复合材料；4) 综合评估热性能(DSC/TGA)、机械性能(万能试验机)及抗菌性能(GB/T标准测试)。

3.1 DE/TBC的热性能
通过泄漏测试筛选出DE/TBC-60%为最佳配比，其相变焓值达122.8 J·g^?1，TG分析显示TA改性使初始分解温度提高。SEM证实DE的网状孔隙结构有效封装TBC，FTIR显示DE与TBC仅为物理复合。

3.2 DE/TBC变色能力
基于结晶紫内酯-双酚A电子转移机制，材料在10-35℃呈现可逆蓝-灰白变色，ΔE>40。存在显色滞后现象，符合热致变色材料典型特征。

3.3 TF-X热管理性能
DSC显示TF-20熔融/结晶焓值分别为11.92/10.267 J·g^?1。红外热成像证实DE/TBC延缓温度变化速率，相变区间温差最大达0.65℃。

3.4 TF-X变色能力
TF-20在10-35℃区间ΔE>18，满足国家标准显著色差要求(ΔE>12)。随DE/TBC含量增加，变色灵敏度提升。

3.5 TA改性特性
UV和FTIR证实TA通过氢键与纤维素结合。TA使TF-20弯曲/拉伸强度分别提升23%/18%，接触角提高15°，抗菌等级保持1级(7天)。SEM显示TA改善竹纤维与HDPE界面结合。

3.6温控实验
密闭箱体测试显示TF-20相较对照组具有更平缓的温度变化曲线，验证其实际温控效能。

3.7颜色预警系统
开发基于ΔE阈值的智能报警系统，当温度超限引发ΔE>10时触发警报，实现温度可视化监控。

该研究成功构建了集相变储能、机械增强、抗菌防护与智能响应于一体的多功能复合材料体系。TF-X的创新性体现在：1) 通过DE孔隙限域解决相变材料泄漏难题；2) TA天然改性剂实现界面增强与抗菌双功能；3) 热致变色与相变储能协同提升建筑节能效率。研究为发展下一代智能建筑材料提供了理论依据和实践范本，特别在特殊环境温度监控、文化遗产保护等场景具有应用潜力。论文发表于《Industrial Crops and Products》，彰显了生物质资源高值化利用的研究价值。